FR3111736A1 - Procédé de réalisation d’une couche sur certaines surfaces seulement d’une structure - Google Patents
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Abstract
Titre : Procédé réalisation d’une couche sur certaines surfaces seulement d’une structure
L’invention porte sur un procédé comprenant:
une séquence de formation d’une couche initiale (200) par PEALD, la séquence comportant des cycles (1) comprenant chacun au moins:
une injection (10) d’un premier précurseur,une injection (30) d’un deuxième précurseur et la formation d’un plasma.
Les cycles sont effectués à une température Tcycle ≤ (Tmin – 20°C), Tmin étant la température minimale d’une fenêtre nominale (FT) de températures pour un dépôt PEALD. Le procédé comprend au moins une étape d’exposition de la couche initiale (200) à un plasma de densification (32, 32B, 60), tel que l’exposition au flux (33) d’ions du plasma de densification (32, 32B, 60) rend le matériau reposant sur les premières surfaces (110) plus résistant à la gravure que le matériau reposant sur les deuxièmes surfaces (120).
Figure pour l’abrégé : Fig.5
Description
La présente invention concerne un procédé micro-électronique de réalisation d’une couche sur certaines surfaces seulement d’une structure. L’invention trouve de nombreuses applications dans le domaine de la microélectronique. Elle pourra par exemple être mise en œuvre pour la réalisation de masques de gravure. Elle sera également avantageuse pour réaliser des transistors en mettant en œuvre des procédés de fabrication avec grilles sacrificielles (habituellement qualifiées par le vocable anglais de procédés gate last).
ETAT DE LA TECHNIQUE
Pour de nombreuses applications, il est utile de former une couche sur certaines surfaces seulement d’un substrat présentant une topologie de surfaces. La figure 1A illustre un exemple de substrat 100, dont la topologie forme des rainures 101 ou tranchées. Ce substrat 100 présente ainsi des surfaces horizontales 110 situées sur le sommet 111 et dans le fond 112 des rainures 101. Il présente également des surfaces verticales 120 sur les parois des rainures 101. Il peut être utile de former une couche 200 sur les surfaces horizontales 110 uniquement et en laissant les surfaces verticales 120 découvertes, comme illustré en figure 2.
Les solutions connues pour y parvenir consistent à effectuer les étapes suivantes :
- déposer une couche pleine plaque, c’est-à-dire sur toutes les surfaces de la face avant du substrat.
- effectuer des étapes classiques de lithographie pour retirer la couche déposée sur les surfaces verticales tout en conservant la couche sur les surfaces horizontales.
- déposer une couche pleine plaque, c’est-à-dire sur toutes les surfaces de la face avant du substrat.
- effectuer des étapes classiques de lithographie pour retirer la couche déposée sur les surfaces verticales tout en conservant la couche sur les surfaces horizontales.
Le résultat de l’étape de dépôt pleine plaque est illustré en figure 1B. La couche 200, déposée de manière conforme présente des régions 210, 211, 212 surmontant les surfaces horizontales 110, 111, 112 et des régions 220 surmontant les surfaces verticales 120. Cette étape de dépôt peut par exemple être effectuée par dépôt par couche atomique (ALD), éventuellement assistée par plasma (PEALD). Les techniques d’ALD reposent sur un procédé de croissance autolimitant dans lequel le matériau est déposé couche par couche. Il est ainsi possible de concevoir des films à l’échelle nanométrique avec une bonne conformité. D’une manière générale, la technique ALD consiste à injecter séquentiellement dans la chambre de réaction d’un réacteur un premier précurseur d’un premier réactif puis un deuxième précurseur d’un deuxième réactif. Le premier précurseur gazeux est métallique, métalloïde ou lanthanide qui ne réagit pas avec lui-même. Le deuxième réactif gazeux réagit avec le premier réactif adsorbé pour permettre la réactivation de l’adsorption du premier précurseur au cours de l’alternance suivante.
La figure 3 illustre différentes étapes d’un exemple de cycle 1 de dépôt ALD. Une première étape 10 consiste à injecter le premier réactif qui réagit par chimisorption avec la surface découverte du substrat. On effectue ensuite une étape de purge 20 pour éliminer la portion du premier réactif n’ayant pas réagi ainsi que les produits réactionnels. A l’étape 30, on injecte le deuxième réactif qui réagit par chimisorption avec le premier réactif adsorbé. On effectue ensuite une étape de purge 40 pour éliminer les deuxièmes réactifs n’ayant pas réagi ainsi que les produits réactionnels.
Dans un procédé PEALD, le deuxième réactif est généré par un plasma. L’étape 30 comprend alors une étape 31 d’injection du deuxième réactif et de stabilisation des espèces en présence, puis une étape 32 de formation d’un plasma. Pour obtenir une couche d’épaisseur souhaitée, ce cycle 1 est répété autant de fois que nécessaire. En figure 3, la flèche en pointillés et le nombre N illustrent ce caractère itératif et le nombre de cycles effectués.
Après avoir procédé au dépôt, les techniques de lithographie comprennent de nombreuses étapes pour former un ou plusieurs masques, permettant in fine de masquer les surfaces horizontales et d’exposer les surfaces verticales. La couche à réaliser est ensuite gravée à travers le masque pour retirer les régions 220 situées sur les surfaces verticales 120 du substrat tout en conservant les régions 210, 211, 212 de couche 200 recouvrant les surfaces horizontales 110, 111, 112. On obtient alors le résultat illustré en figure 2.
Ces solutions connues présentent comme inconvénient de nécessiter de nombreuses étapes notamment pour la réalisation et le positionnement des différents masques. Par ailleurs, elles présentent une précision limitée du fait des inévitables erreurs et tolérance d’alignement des différents masques. Ces solutions sont donc longues et coûteuses à mettre en œuvre.
Il existe donc un besoin consistant à proposer une solution pour réduire les inconvénients des solutions connues.
Un objet de la présente invention consiste à répondre à au moins l’un de ces besoins. En particulier, un objet de la présente invention consiste à proposer une solution pour améliorer la précision des solutions connues.
RESUME
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un procédé de réalisation d’une couche recouvrant des premières surfaces d’une face avant d’une structure et laissant à découvert des deuxièmes surfaces de cette face avant, les premières surfaces et les deuxièmes surfaces présentant des inclinaisons différentes, le procédé comprenant au moins:
- une séquence de formation d’une couche initiale par dépôt par couche atomique assisté par plasma (PEALD) sur la face avant de la structure, la séquence comportant une pluralité de cycles, chaque cycle comprenant au moins:
- une injection d’un premier précurseur dans une chambre de réaction d’un réacteur contenant la structure,
- une injection d’un deuxième précurseur dans la chambre de réaction et la formation dans la chambre de réaction d’un plasma, dit plasma de dépôt, de sorte à former à chaque cycle, sur lesdites premières et deuxièmes surfaces de la structure, un film formant une portion de ladite couche initiale.
Les cycles sont effectués à une température Tcycletelle que Tcycle≤(Tmin– 20°C), Tminétant la température minimale d’une fenêtre nominale (FT) de températures pour un dépôt PEALD à partir des premier et deuxième précurseurs.
Le procédé comprend au moins une étape d’exposition de la couche initiale, formée ou en cours de formation par PEALD, à un plasma, dit plasma de densification, au cours de laquelle on applique à la structure une polarisation non nulle de sorte à donner une direction privilégiée à un flux d’ions générés par le plasma de densification. Cette direction privilégiée étant orientée pour qu’au moins une portion superficielle de la couche initiale, déposée ou en cours de formation par PEALD, présente:
- des premières régions, recouvrant les premières surfaces de la structure et qui sont exposées au flux d’ions du plasma de densification,
- des deuxièmes régions, recouvrant les deuxièmes surfaces de la structure et qui ne sont pas exposées au flux d’ions du plasma de densification.
De préférence, le plasma de densification, tout au moins la polarisation, est configuré de sorte que l’exposition au flux d’ions du plasma de densification rend le matériau des premières régions plus résistant à la gravure que le matériau. Typiquement la polarisation est configurée de sorte que l’exposition au flux d’ions du plasma de densification confère au matériau des premières régions une densité supérieure à la densité du matériau des deuxièmes régions et/ou un taux d’impuretés inférieure à un taux d’impuretés du matériau des deuxièmes régions.
Le procédé comprend également, à l’issue de l’étape d’exposition de la couche initiale, formée ou en cours de formation par PEALD, au plasma de densification, au moins une étape de gravure sélective des deuxièmes régions vis-à-vis des premières régions. Ainsi, après gravure la couche initiale recouvre les premières surfaces de la face avant de la structure en laissant à découvert les deuxièmes surfaces.
Ainsi, le procédé proposé prévoit d’effectuer des cycles de PEALD à une température inférieure à la température de la fenêtre nominale. Le dépôt résultant de ces cycles présente donc une qualité détériorée par rapport à un dépôt effectué dans la fenêtre nominale.
Par ailleurs, le plasma de densification assisté par une polarisation du substrat est orienté de sorte à exposer uniquement les premières surfaces du substrat, ce qui permet de recouvrir ces dernières par une mince portion de couche qui présente une très bonne qualité. On observe, dans une mesure inattendue, une amélioration significative de la pureté chimique, de la stœchiométrie et de la densité de la couche déposée dans ces régions exposées au plasma avec polarisation. La couche déposée par PEALD présente donc :
- un film superficiel de très bonne qualité recouvrant les premières surfaces de la structure,
- un film superficiel de qualité dégradée recouvrant les deuxièmes surfaces de la structure.
- un film superficiel de très bonne qualité recouvrant les premières surfaces de la structure,
- un film superficiel de qualité dégradée recouvrant les deuxièmes surfaces de la structure.
Les deuxièmes surfaces sont alors plus sensibles à la gravure, permettant leur retrait tout en conservant le film superficiel de bonne qualité sur les premières surfaces.
Le procédé proposé permet ainsi un dépôt sélectif sur certaines surfaces seulement du substrat, sans avoir besoin de recourir aux techniques classiques de lithographie impliquant le positionnement successif de masques.
Par conséquent, le procédé proposé permet d’améliorer considérablement la précision des motifs de cette couche déposée sélectivement sur certaines surfaces seulement du substrat. Par ailleurs, il permet de réduire la durée et le coût par rapport aux procédés nécessitant des étapes ultérieures de lithographie. Ce procédé permet par exemple de réaliser avec une très bonne précision des masques de gravure.
Effectuer un dépôt PEALD à une température inférieure à la température basse de la fenêtre préconisée, fonction de la nature du précurseur, est une démarche totalement contraire à toutes les bonnes pratiques des techniques de PEALD.
Par ailleurs, la combinaison de ce dépôt PEALD à basse température avec une ou des étapes d’application d’un plasma avec polarisation a permis de constater au final :
- une dégradation, dans une mesure parfaitement inattendue, de la densité du matériau déposé à basse température,
- une amélioration, également dans une mesure parfaitement inattendue, de la densité du matériau déposée lorsque ce dernier est déposé dans les mêmes conditions de basse température, mais avec l’ajout d’une polarisation.
In fine, c’est ce très grand écart de densité du matériau sur des surfaces présentant des orientations différentes qui permet d’obtenir un dépôt sélectif sur certaines surfaces uniquement (typiquement les surfaces horizontales).
- une dégradation, dans une mesure parfaitement inattendue, de la densité du matériau déposé à basse température,
- une amélioration, également dans une mesure parfaitement inattendue, de la densité du matériau déposée lorsque ce dernier est déposé dans les mêmes conditions de basse température, mais avec l’ajout d’une polarisation.
In fine, c’est ce très grand écart de densité du matériau sur des surfaces présentant des orientations différentes qui permet d’obtenir un dépôt sélectif sur certaines surfaces uniquement (typiquement les surfaces horizontales).
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs des différentes couches et films ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, l’étape d’exposition de la couche initiale au plasma de densification est effectuée à chaque cycle de la séquence de formation de la couche initiale par PEALD, le plasma de dépôt étant le plasma de densification.
Ainsi, la portion densifiée par le plasma s’étend sur toute l’épaisseur de la couche initiale. Ce mode de réalisation présente pour avantage de former une couche de très bonne qualité sur les premières surfaces tout en facilitant le retrait de la couche déposée sur les deuxièmes surfaces. Les performances du dispositif intégrant cette couche sont donc améliorées.
Selon un exemple, l’étape d’exposition de la couche initiale au plasma de densification est effectuée uniquement lors des NBderniers cycles de la séquence de formation de la couche initiale par PEALD, le plasma de dépôt étant le plasma de densification lors de ces NBderniers cycles, le nombre total de cycles de la séquence est égal à NA+NB, NAet NBétant des entiers non nuls. Selon un exemple, NB=1.
Ainsi, le film densifié par le plasma s’étend sur une portion seulement de l’épaisseur de la couche initiale. Ce film densifié s’étend depuis la face libre de la couche et recouvre donc cette dernière. Il ne s’étend pas sur toute l’épaisseur de la couche déposée par PEALD. Ce mode de réalisation présente pour avantage de former une couche de bonne qualité sur les premières surfaces tout en facilitant le retrait de la couche déposée sur les deuxièmes surfaces.
Selon un exemple, le procédé comprend une pluralité de séquences, chaque séquence comprenant NBétapes d’exposition de la couche initiale au plasma de densification. Ainsi, selon ce mode de réalisation, on alterne des cycles PEALD sans polarisation et NBcycles avec polarisation. De préférence à chaque séquence, on effectue une seule étape d’exposition au plasma de densification (NB=1).
Selon un exemple, l’étape d’exposition de la couche initiale au plasma de densification est effectuée uniquement après la séquence de formation de la couche initiale par PEALD.
Le plasma de densification peut être appliqué dans un réacteur différent de celui utilisé pour effectuer les cycles PEALD sans polarisation. Le plasma de densification conduit donc à la formation d’un film sur la couche initiale déjà formée par PEALD. Ce mode de réalisation présente pour avantage de pouvoir être effectué ex situ, par exemple dans un réacteur de gravure CCP (réacteur plasma à couplage capacitif).On peut donc mettre en œuvre ce mode de réalisation lorsqu’aucun kit de polarisation n’est installé à demeure sur le réacteur PEALD. Ce mode de réalisation impose donc moins de contraintes sur les équipements nécessaires.
Selon un exemple, le procédé comprend une pluralité de séquences, chaque séquence comprenant NAétapes de dépôt PEALD, de préférence sans polarisation, puis ces séquences sont suivies d’une étape d’exposition de la couche initiale au plasma de densification. Ainsi, selon ce mode de réalisation, on alterne des cycles PEALD sans polarisation et au moins une étape d’exposition à un plasma avec polarisation.
Selon un exemple, les cycles sont effectués à une température Tcycletelle que : Tcycle≤(Tmin– 50°C), de préférence Tcycle≤(Tmin– 100°C). Selon un exemple, Tcycleest égale à la température ambiante. Tcycleet Tminsont en degrés Celsius (°C).
Tminest la température minimum de la fenêtre ALD ou PEALD, à partir de laquelle la réaction entre le précurseur, typiquement le premier précurseur, et le substrat est suffisamment activée thermiquement pour que la réaction d’adsorption puisse avoir lieu de façon autolimitée (et donc avec un GPC constant).
La fenêtre nominale de températures correspond à la fenêtre de températures préconisée pour effectuer un dépôt PEALD à partir des premier et deuxième précurseurs. Cette fenêtre est typiquement préconisée par le fabricant du premier précurseur. Dans la fenêtre nominale de températures, l’épaisseur du film déposé à chaque cycle PEALD ne varie ou ne varie sensiblement pas en fonction de la température. Ainsi, la fenêtre nominale est telle qu’en faisant varier les températures de dépôt PEALD prises dans la fenêtre nominale, l’épaisseur du film déposé par cycle PEALD reste constante.
Lorsque la température reste inférieure (respectivement supérieure) à la borne Tmin(respectivement Tmax) de la fenêtre nominale, alors l’épaisseur du film déposé par cycle PEALD varie significativement en fonction de la température.
Selon un exemple, lors de la formation du plasma de densification, la pression de la chambre de réaction est inférieure ou égale à 80 mTorr et de préférence d’environ 10 mTorr. Cela permet d’assurer une gaine non collisionnelle au voisinage du substrat et donc de donner un caractère anisotrope à la densification du film superficiel.
Selon un exemple, la polarisation est appliquée avec une puissance de polarisation Pbiasinférieure ou égale à 150 Watts et avec de préférence Pbiascomprise entre 10 W et 120 W. Cela permet d’éviter la création de défauts engendrés par un bombardement ionique trop violent (en dose et/ou en énergie). Selon un exemple, la tension de polarisation Vbiasest appliquée avec une puissance de polarisation inférieure à 150 W, et de préférence comprise entre 10 et 120 W, (watts) correspondant à une tension de polarisation IVbiasI inférieure ou égale à 300 Volts et de préférence comprise entre 10 Volts et 150 Volts.
Selon un exemple, le nombre total N de cycles est de préférence supérieur ou égal à 15 et de préférence supérieur ou égal à 20.
Selon un exemple, les premières régions exposées au plasma de densification et les deuxièmes régions non exposées au plasma de densification diffèrent par au moins l’un des paramètres suivants : une densité du film, et un taux d’impuretés.
Selon un exemple, au moins certaines et de préférence toutes les premières et deuxièmes surfaces forment entre elles un angle droit.
Selon un exemple, au moins certaines et de préférence toutes les premières et deuxièmes surfaces ne forment pas entre elles un angle droit. Selon un exemple, une face arrière de la structure s’étend dans un plan, la perpendiculaire à ce plan étant inclinée, de préférence de plus de 10°, par rapport à la direction privilégiée du flux d’ions.
Selon un exemple, la couche est à base d’au moins un matériau susceptible d’être déposé par (PEALD).
Selon un exemple, la couche initiale est faite ou est à base d’un nitrure ou d’un oxyde obtenu à partir de précurseurs organométalliques ou organosiliciés ou halogénés.
Selon un exemple, le premier précurseur comprend l’un des matériaux suivants : aluminium (Al), titane (Ti), tantale (Ta), silicium (Si), hafnium (Hf), zirconium (Zr), Cuivre (Cu), Ruthénium (Ru), Lanthane (La), Yttrium (Y).
Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre », « sous-jacent », en « vis-à-vis » et leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt, la formation d’une couche ou d’un film sur une surface, ne signifie pas obligatoirement que la couche ou le film sont directement au contact de la surface, mais signifie qu’ils recouvrent au moins partiellement la surface soit en étant directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par exemple par au moins une autre couche ou un autre film.
On entend par un substrat, un film, une couche, un mélange gazeux, un plasma « à base » d’une espèce A : un substrat, un film, une couche, un mélange gazeux, un plasma comprenant cette espèce A uniquement ou cette espèce A et éventuellement d’autres espèces.
Plusieurs modes de réalisation de l’invention mettant en œuvre des étapes successives du procédé de fabrication sont décrits ci-après. Sauf mention explicite, l’adjectif « successif » n’implique pas nécessairement, même si cela est généralement préféré, que les étapes se suivent immédiatement, des étapes intermédiaires pouvant les séparer.
Par ailleurs, le terme « étape » s’entend de la réalisation d’une partie du procédé, et peut désigner un ensemble de sous-étapes.
Par ailleurs, le terme « étape » ne signifie pas obligatoirement que les actions menées durant une étape soient simultanées ou immédiatement successives. Certaines actions d’une première étape peuvent notamment être suivies d’actions liées à une étape différente, et d’autres actions de la première étape peuvent être reprises ensuite. Ainsi, le terme étape ne s’entend pas forcément d’actions unitaires et inséparables dans le temps et dans l’enchaînement des phases du procédé.
Le mot « diélectrique » qualifie un matériau dont la conductivité électrique est suffisamment faible dans l’application donnée pour servir d’isolant. Dans la présente invention, un matériau diélectrique présente de préférence une constante diélectrique supérieure à 4. Les espaceurs sont typiquement formés en un matériau diélectrique.
Dans la présente demande de brevet, lorsque l’on exprime un mélange gazeux avec des pourcentages, ces pourcentages correspondent à des fractions du débit total des gaz injectés dans le réacteur. Ainsi, si un mélange gazeux, par exemple destiné à former un plasma, comprend x% du gaz A, cela signifie que le débit d’injection du gaz A correspond à x% du débit total des gaz injectés dans le réacteur pour former le plasma.
Par dispositif microélectronique, on entend tout type de dispositif réalisé avec les moyens de la microélectronique. Ces dispositifs englobent notamment en plus des dispositifs à finalité purement électronique, des dispositifs micromécaniques ou électromécaniques (MEMS, NEMS…) ainsi que des dispositifs optiques ou optoélectroniques (MOEMS…).
Il peut s’agir d’un dispositif destiné à assurer une fonction électronique, optique, mécanique etc. Il peut aussi s’agir d’un produit intermédiaire uniquement destiné à la réalisation d’un autre dispositif microélectronique.
Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, l’épaisseur d’une couche ou du substrat se mesure selon une direction perpendiculaire à la surface selon laquelle cette couche ou ce substrat présente son extension maximale. L’épaisseur est ainsi prise selon une direction perpendiculaire aux faces principales du substrat sur lequel reposent les différentes couches.
Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient « à 10% près ».
Avant de décrire différents modes de réalisation de la présente invention, l’impact de la température lors d’un cycle de PEALD va maintenant être présenté en référence à la figure 4.
Les paramètres de chaque dépôt PEALD doivent être adaptés en fonction notamment de la nature des précurseurs utilisés.
Ces paramètres sont ajustés en fonction de paramètres expérimentaux accessibles : flux des précurseurs dans la chambre (engendré par un flux de gaz inerte), temps d’ouverture de l’injection des précurseurs, temps de purge, durée de l’étape plasma, pression de fonctionnement, température du précurseur avant son injection dans la chambre du réacteur (sa température doit être située dans sa zone de stabilité à l’état gazeux) et température de dépôt.
Ce dernier paramètre, la température de dépôt, est particulièrement critique pour obtenir une couche de bonne qualité physique et chimique. Elle correspond à la température à laquelle le substrat est maintenu lors du cycle PEALD.
Pour des précurseurs donnés, la fenêtre nominale de température est disponible auprès du fournisseur du premier précurseur. Cette fenêtre nominale correspond à l’intervalle de température à l’intérieur duquel la croissance s’effectue dans des conditions de réaction auto-limitée. Plus précisément, les dépôts montrent une très bonne conformité, avec un très bon contrôle de l’épaisseur de la couche mince en croissance.
Cette fenêtre nominale est par exemple donnée par le fabricant du précurseur. Cette fenêtre nominale peut être validée par l’homme du métier, typiquement l’ingénieur procédé en charge de la mise au point des paramètres expérimentaux sur un réacteur ALD ou PEALD déterminé.
Cette fenêtre nominale FTest illustrée en figure 4. Les bornes inférieure et supérieure de cette fenêtre FTsont référencées Tminet Tmaxsur l’axe des abscisses. L’axe des ordonnées correspond à la vitesse de dépôt, plus précisément à l’épaisseur de croissance par cycle de ALD ou PEALD. Cette épaisseur de croissance par cycle est habituellement désignée par son acronyme GPC de l’anglais growth per cycle. La GPC est habituellement exprimée en nanomètre par cycle. Comme cela apparaît clairement en figure 4, en faisant varier les températures du cycle Tcycle, tout en conservant ces températures à l’intérieur de la fenêtre FT, alors la GPC reste parfaitement stable.
Si au contraire la température de dépôt est inférieure à la borne inférieure Tminde la fenêtre FT, alors le précurseur se condense à la surface du substrat (entraînant une augmentation artificielle de la GPC), au lieu d’être chimisorbé (de façon autolimitée). Plusieurs couches de molécules de précurseur peuvent se physisorber sur le substrat en s’empilant les unes sur les autres. La physisorption n’est en effet pas autolimitée et on observe alors une vitesse de dépôt plus élevée. Ce cas de figure correspond à la région 41 de la figure 4.
Alternativement, toujours en cas de températures de dépôt inférieures à la borne inférieure Tminde la fenêtre FT, la physisorption peut ne pas avoir lieu dans le cas où l’énergie thermique n’est pas suffisante. Cette énergie thermique minimale est fonction de la nature du précurseur et du substrat. Si cette température est trop basse pour que les réactions de surface aient lieu, alors aucune croissance de film n’est observée. Ce cas de figure correspond à la région 42 de la figure 4.
Ainsi, la fenêtre nominale FTest telle qu’en faisant varier la température de dépôt PEALD, pour des températures prises en dessous de la fenêtre nominale FT, l’épaisseur du film déposé à chaque cycle PEALD varie.
Les régions 43 et 44 correspondent à des situations dans lesquelles la température de dépôt est supérieure à la température maximale Tmaxde la fenêtre FT. Dans ce cas, le précurseur peut se décomposer et le mode de dépôt devient de type dépôt chimique en phase vapeur (CVD ou pseudo-CVD) avec une croissance de film beaucoup plus rapide engendrée par la perte du caractère autolimité de la réaction. Ce cas de figure correspond à la région 43 de la figure 4.
La température élevée peut aussi activer la désorption du précurseur chimisorbé et conduire à une baisse de la GPC (région 44 de la figure 4). Le plus souvent, ces deux phénomènes (décomposition du précurseur 43 et activation de la désorption 44) sont concurrentiels et simultanés.
En mode PEALD, la fenêtre de température est plus large qu’en mode ALD, et souvent plus étendue vers les basses températures qu’en ALD. L’ingénieur procédé chargé de la mise au point des paramètres expérimentaux sait déterminer cette fenêtre en mode ALD ou PEALD.
L’invention va maintenant être décrite en détail en référence à plusieurs modes de réalisation illustrés en figures 5 à 10.
Mode de réalisation illustré en figure 5 et 6
Un premier exemple de procédé selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 5 et 6. La figure 5 illustre, de manière schématique, les principales étapes de ce mode de réalisation.
Les figures 1A et 2 décrites précédemment correspondent respectivement à un exemple de substrat de départ et à une structure que l’on souhaite obtenir au final. La figure 6 illustre le résultat intermédiaire obtenu avant une étape de gravure sélective.
Comme illustré en figure 5, le procédé comprend une séquence comprenant une itération de N cycles 1.
Chaque cycle 1 comprend au moins les étapes suivantes :
Une première étape comprend l’injection 10 dans la chambre de réaction du réacteur d’un premier précurseur. Ce premier précurseur est pris parmi les précurseurs métalliques, métalloïdes ou lanthanides. Ce précurseur peut être à base de l’un des matériaux suivants : aluminium (Al), titane (Ti), tantale (Ta), silicium (Si),, hafnium (Hf), zirconium (Zr), Cuivre (Cu), Ruthénium (Ru), Lanthane (La), Yttrium (Y).
Une deuxième étape est une étape de purge 20. Cette purge 20 est effectuée pour éliminer l’excès du premier précurseur, c’est-à-dire pour évacuer les réactifs du premier précurseur qui n’ont pas réagi, ainsi que les produits réactionnels. Au cours de cette purge, de préférence on injecte dans la chambre de réaction un gaz de balayage neutre tel que de l’argon (Ar) ou du diazote (N2).
Une troisième étape 30 comprend une injection 31 dans la chambre de réaction d’un deuxième précurseur et une étape de stabilisation de la pression, ainsi qu’une étape 32 de formation du plasma. Ce deuxième précurseur peut être par exemple un plasma généré dans une atmosphère à base d’oxygène pour la croissance d’oxydes, d’azote et/ou d’hydrogène ou d’ammoniac (NH3) pour la croissance de nitrures, ou de sulfures . Pour les sulfures, les premiers précurseurs 1 contiennent déjà des atomes de sulfure, et le deuxième précurseur est réducteur (H2ou NH3en ALD ou PEALD).
Une quatrième étape est une étape de purge 40. Cette purge 40 est effectuée pour éliminer l’excès du deuxième précurseur ainsi que les produits réactionnels.
La flèche en trait plein donne une indication, à titre d’exemple uniquement, des durées relatives du cycle et de chacune de ces étapes 10 à 40.
On notera que la première étape et la troisième étape peuvent être inversées en étant chacune accompagnée d’une étape de purge. Ainsi, en alternative à ce qui est illustré en figure 5, le procédé peut être mis en œuvre sur la chronologie suivante : 30, 40, 10, 20. Dans ce cas particulier, la première étape plasma 30 sert à activer la surface du substrat pour faciliter l’accroche du pulse précurseur métallique 10. Cette inversion a surtout de l’importance pour la croissance sélective en pleine plaque (2D).
Chaque cycle 1 permet la formation d’une monocouche. Si on commence par une étape plasma 30, alors la monocouche sera réalisée au bout de 1,5 cycle.
On notera que la température Tcycleimposée au substrat lors de cycles est inférieure à la borne inférieure Tminde la fenêtre nominale FTde température.
Selon un exemple avantageux, les cycles sont effectués à une température Tcycletelle que Tcycle≤(Tmin– 20°C), Tcycleétant Tminen degrés Celsius (°C). De préférence, Tcycle≤ (Tmin– 50°C). Tcyclepeut être supérieure ou égale à la température ambiante.
Dans ce mode de réalisation, on notera également que lors de la formation 32 du plasma, on applique au substrat 100 une polarisation, habituellement appelée bias. En pratique, la chambre de réaction comprend un porte-échantillon pour réceptionner la structure 100. Le porte-échantillon est conducteur électriquement et une tension de polarisation est appliquée à ce porte-échantillon pour être transmise au substrat 100 et ainsi qu’à sa face avant.
L’application de cette tension de polarisation, que l’on peut désigner Vbias par correspondance avec les réacteurs plasma de gravure, apporte des avantages considérables. Cette polarisation est de préférence de type radiofréquence (RF).
Le plasma et la polarisation sont réglés, de sorte à donner une direction privilégiée au flux 33 des ions générés par le plasma. Cette direction privilégiée est orientée de sorte que des premières surfaces 110 du substrat 100 soient exposées au flux 33 d’ions et que les deuxièmes surfaces 120 du substrat 100 ne soient pas exposées du flux 33 d’ions.
Dans l’exemple non limitatif du substrat 100 en figure 6, la direction privilégiée du flux 33 des ions générés par le plasma étant perpendiculaire à la face arrière 102 du substrat 100, alors :
- les premières surfaces 110 correspondent aux surfaces horizontales, c’est à dire aux sommets 111 et aux fonds 112 des tranchées 101 ;
- les deuxièmes surfaces 120 correspondent aux surfaces verticales, c’est à dire aux flancs 112 des tranchées 101.
- les premières surfaces 110 correspondent aux surfaces horizontales, c’est à dire aux sommets 111 et aux fonds 112 des tranchées 101 ;
- les deuxièmes surfaces 120 correspondent aux surfaces verticales, c’est à dire aux flancs 112 des tranchées 101.
La tension de polarisation appliquée est inférieure à 300 volts de préférence inférieure à 150 volts. Habituellement cette polarisation est contrôlée par le réglage de sa puissance. Cette polarisation est donc habituellement exprimée en watts (W). Dans le cadre de l’invention, cette puissance de polarisation Pbiasest inférieure à 100 W. Au-delà de cette valeur, on risque de pulvériser la surface exposée ou d’implanter les ions dans la surface exposée.
La combinaison de ces deux paramètres (Tcycleet polarisation du plasma) confère des avantages considérables qui sont présentés ci-dessous.
Lorsque la température du procédé est régulée en deçà de la température minimum de la fenêtre PEALD, les processus de condensation (physisorption) sont responsables de la croissance. Ces processus n’étant pas autolimités, le dépôt résultant montre que le matériau formé présente une densité détériorée et l’inclusion d’une quantité importante de contaminations carbonées issues de la mauvaise décomposition du précurseur 1, en raison d’une température d’activation (au niveau du substrat) trop faible.
L’application d’une polarisation radiofréquence (RF) supplémentaire au niveau du porte échantillon pendant l’étape d’injection du précurseur 2 avec formation du plasma permet l’extraction des ions du plasma pour les amener perpendiculairement au voisinage du film en cours de croissance. Ce flux 33 d’ions dont l’énergie incidente peut être modulée par l’amplitude de la polarisation du substrat 100 permet de tirer profit de la synergie qu’il crée au cours du dépôt avec les radicaux du plasma. Seules les surfaces exposées au flux d’ions énergétiques extraits du plasma par la polarisation du substrat 100 (les surfaces horizontales 110 sur l’exemple non limitatif de la figure 6) peuvent bénéficier des effets induits par ces ions au cours de la croissance PEALD. Ces effets se caractérisent par le fait que, par des mécanismes de synergie entre les radicaux activés et les ions du plasma, les propriétés physicochimiques des couches minces élaborées par PEALD assistée par polarisation RF du substrat sont modifiées. En effet, on observe dans le film exposé au flux 33 d’ions une amélioration significative de la pureté chimique, de la stœchiométrie et de la densité du matériau de ce film déposé par PEALD, qui peut s’accompagner d’une micro-cristallisation ou d’une modification morphologique, ainsi que d’une vitesse de dépôt améliorée.
Ainsi, lorsque l’on combine un procédé PEALD avec Tcycle< Tminsous bombardement ionique, seules les surfaces exposées au flux ionique (ici les surfaces horizontales 110) sont recouvertes d’une couche mince de bonne qualité (pureté, stœchiométrie, densité améliorées par le bombardement ionique), alors que les surfaces non exposées au flux ionique (ici les surfaces verticales 120) sont recouvertes du même matériau mais de moins bonne qualité.
La figure 6 illustre de manière schématique le résultat obtenu dans ces conditions opératoires. La couche 200 comprend alors :
- des premières régions 210 (211 sur les sommets et 212 dans le fond des tranchées 101) qui présentent une bonne qualité et
- des deuxièmes régions 220 (sur les flancs 112 des tranchées 101) qui présentent une qualité bien moindre.
- des premières régions 210 (211 sur les sommets et 212 dans le fond des tranchées 101) qui présentent une bonne qualité et
- des deuxièmes régions 220 (sur les flancs 112 des tranchées 101) qui présentent une qualité bien moindre.
En particulier cette qualité moindre se manifeste par une densité moindre du matériau dans ces deuxièmes régions 220. Cette qualité moindre se manifeste également par un taux de défaut et/ou un taux d’impuretés supérieur dans ces deuxièmes régions 220.
Dans ce mode de réalisation, la polarisation (Vbias ≠0) est appliquée lors de l’étape de formation du plasma 32 de chaque cycle PEALD. Ainsi, le plasma 32 a à la fois pour rôle de réactiver les ligands du précurseur 1 pour les rendre réactifs vis-à-vis du précurseur 1 et à la fois pour rôle de densifier la couche au fur et à mesure de sa formation de manière sélective sur certaines régions seulement.
Il en résulte que le plasma sous polarisation procure son effet avantageux sur toute l’épaisseur de la couche 200 formée par PEALD. Ainsi, les régions 210, 211, 212 exposées au flux 33 d’ions sont rendues plus denses sur toute leur épaisseur. Ainsi, comme illustré en figure 6, l’épaisseur e211rendue dense dans les régions 211 de la couche 200 recouvrant les surfaces horizontales 111 est égale à l’épaisseur totale e200de la couche 200. A l’inverse, dans les régions 220 de la couche 200 recouvrant les surfaces verticales 120, l’épaisseur de la couche rendue dense est nulle.
Le procédé comprend en outre une étape de gravure sélective, référencée 50 en figure 5, qui est configurée pour retirer sélectivement les deuxièmes régions 220 de faible qualité vis-à-vis des premières régions 210 de haute qualité. Cette sélectivité de la gravure tire profit de la plus faible densité du matériau et/ou de son taux d’impuretés plus élevé des régions 220 non exposées au flux 33 d’ions du plasma sous polarisation.
La gravure 50 peut être effectuée par voie humide ou sèche. La sélectivité à la gravure est d’au moins un facteur 2.
On obtient alors la structure souhaitée comme illustrée en figure 1B. Ce dépôt sélectif en fonction de l’orientation des surfaces 110, 120 du substrat par rapport au flux 33 d’ions permet de se passer des étapes habituelles de lithographie qui sont fastidieuses et génèrent de nombreuses imprécisions.
Exemple particulier de réalisation
Les paragraphes qui suivent décrivent un exemple non limitatif de réalisation de la présente invention. Cet exemple s’applique particulièrement bien au mode de réalisation décrit en référence aux figures 5 et 6 dans lequel le plasma de dépôt joue également le rôle de plasma de densification. Néanmoins, les caractéristiques proposées ci-dessous sont applicables et combinables à chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus et ci-dessous.
L’exemple donné suivant concerne un dépôt de Ta2O5de 10 nm. Néanmoins, ce procédé et les caractéristiques mentionnés ci-dessous, peuvent être appliqués à des épaisseurs de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres (03 à 100 nm) et à tout type de matériaux déposés par PEALD (oxydes, nitrures et sulfures).
1.
Séquence de formation de la couche par
PE
AL
D:
Pour former la couche de Ta2O5par PEALD, on effectue une pluralité de cycles 1 tels que celui illustré en figure 5 et décrit ci-dessus. On peut appliquer les conditions suivantes lors de cette séquence de cycles.
- Précurseur.Pour former une couche de Ta2O5, le précurseur utilisé, typiquement celui injecté lors de l’étape 10 est du TBTDMT, i.e., du Tris(dimethylamine)tert-Butylamino)tantalum Ta(N(C4H9))(N(CH3)2)3.
- Température de dépôt:La température de dépôt Tcycle, c’est-à-dire la température de la structure 100, est égale à 100°C. Cette température est inférieure de 100°C à la température Tminde borne inférieure de la fenêtre FTde température PEALD pour ce précurseur. Il est préférable de s’écarter de cette température inférieure d’au moins une centaine de degrés, de façon à détériorer significativement la qualité du dépôt sans assistance ionique, ce qui augmente la sélectivité de l’étape de gravure ultérieure. De cette sorte, le retrait ultérieur de ce matériau par gravure humide ou plasma est facilité, en raison du taux élevé d’impuretés carbonées présentes dans le dépôt et lié à la décomposition incomplète du précurseur organométallique (précurseur 1) traditionnellement utilisé pour les procédés PEALD.
- E nergie de la polarisation RF au niveau du substrat: La puissance Pbias de la polarisation RF appliquée doit être optimisée pour induire une synergie efficace entre les ions et les radicaux du plasma, c’est-à-dire conduisant à la densification du dépôt et l’élimination des impuretés carbonées. Il faut toutefois veiller à ce que cette puissance ne soit pas trop élevée afin d’éviter l’apparition de défauts induits par le bombardement par les ions issus du plasma, tels que la rugosification de surface, la pulvérisation ou l’implantation de la surface exposée. Pour cela, une faible puissance RF Pbias est préconisée, typiquement 10 W ≤Pbias≤ 120 W.
La vitesse de dépôt, à 100°C, est de 0,115 nm/cycle. On ajuste le nombre de cycles pour atteindre l’épaisseur souhaitée à l’issue de cette séquence de cycles 1. Typiquement, à l’issue de cette séquence, la couche présente une épaisseur e200variant de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres.
2. Retrait de s régions moins dense s de la couche déposée par PECVD:
Après avoir formé la couche 200 par PEALD, en définissant sélectivement dans cette couche 200 d’une part des régions 210 de bonne qualité (forte densité, faible taux d’impuretés) recouvrant certaines surfaces 110, et d’autre part des régions 220 de qualité dégradée (faible densité, taux élevé d’impuretés) recouvrant d’autres surfaces 120, on procède à l’étape 50 de gravure sélective.
En raison de l’utilisation de précurseurs organométalliques en PEALD, les impuretés présentes dans la couche déposée sur les surfaces 120 non exposés au flux 33 d’ions sont très majoritairement d’origine carbonée. De plus, le dépôt y étant très peu dense, on utilisera préférentiellement un retrait sélectif de cette couche par voie humide. Par exemple, une solution HF diluée typiquement de 1% à 5% (de préférence 5%) se montre parfaitement sélective entre un oxyde métallique dense et le même oxyde très peu dense et contenant des impuretés carbonées.
Par exemple, une trempette dans HF 5% d’une durée de 50 secondes permet de retirer 10 nm de Ta2O5non densifié élaboré en PEALD à 100°C, sans graver la couche Ta2O5densifiée par l’exposition au flux d’ions.
Mode de réalisation illustré en figure
s
7 et 8
Un deuxième exemple de procédé selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 7 et 8. La figure 7 illustre, de manière schématique, les principales étapes de ce mode de réalisation. Ce procédé diffère de celui du mode de réalisation précédent par le fait que la polarisation est appliquée seulement lors du ou des derniers cycles.
Plus en détail, la séquence de formation de la couche 200 par PEALD comprend :
- un premier ensemble de cycles, notés 1A. Ces cycles 1A sont identiques au cycle de PEALD, illustré en figure 5, à l’exception près qu’aucune polarisation n’est appliquée lors du plasma 32A. Tout au moins, aucune polarisation n’est appliquée lors de ce plasma 32A avec un réglage permettant de générer un flux 33 d’ions qui bombarde sélectivement les surfaces 110 exposées sans bombarder les surfaces 120 non exposées. Lors de ces cycles 1A, la température de dépôt Tcycleest inférieure à la borne inférieure Tminde la fenêtre nominale FT, comme dans le mode de réalisation illustré en figures 5 et 6. Ce premier ensemble de cycles 1A conduit à la formation d’une portion 200A de couche 200. Comme illustré en figure 8, la portion 200A s’étend depuis la structure 100, de préférence depuis sa face avant 101. Elle recouvre de préférence toute la structure 100. Elle est conforme. Elle présente une épaisseur constante, identiques sur toutes les surfaces 110, 120 de la structure 100. Cette couche 200A présente une qualité dégradée du fait de la température Tcyclefaible et de l’absence d’exposition à un flux 33 d’ions.
- un deuxième ensemble de cycles, notés 1B. Ces cycles 1B sont identiques au cycle de PEALD, illustré en figure 5. Une polarisation est appliquée lors du plasma 32B avec un réglage permettant de générer un flux 33 d’ions qui bombarde sélectivement les surfaces 110 exposées sans bombarder les surfaces 120 non exposées. Lors de ces cycles 1B également, la température de dépôt Tcycleest inférieure à la borne inférieure Tminde la fenêtre nominale FT, comme dans le mode de réalisation illustré en figures 5 et 6. Comme illustré en figure 8 la couche 200 obtenue au final présente ;
- dans les régions qui ont été exposées au flux 33 d’ions (ici des régions qui s’étendent perpendiculairement au flux 33): des portions 211B et 212B qui présentent alors une très bonne qualité. Ces portions 211B et 212B surmontent les portions 211A, 212A formés lors du cycle 1A qui présentent quant à elles une qualité dégradée. Ainsi, dans ces régions 211, 212 horizontales, l’épaisseur e200de la couche est égale à la somme de l’épaisseur e211Ades portions 211A et de l’épaisseur e211Bdes portions 211B.
- dans les régions 220 qui n’ont pas été exposées au flux 33 d’ions (ici des régions qui s’étendent parallèlement au flux 33). Ces régions 220 présentent une qualité dégradée. Ces régions 220 ont été formées par dépôts successifs des cycles 1A et 1B.
Lors de l’étape 50 de gravure sélective, toute l’épaisseur des régions 220 de la couche 200 sont gravées. En revanche, dans les régions 211, 212, les portions superficielles 211B, 212B résistent à la gravure et protège également les portions 211A et 212A qui leur sont sous-jacentes.
Au cours de l’étape 50 de gravure sélective, on évite que la couche 211A soit consommé ce qui entrainerait le retrait de la couche 211B par lift-off (soulèvement). A cet effet on pourra privilégier une gravure sèche pour l’étape 50.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, lors des NBderniers cycles de formation de la couche initiale 200 par PEALD, le plasma 32B a pour rôle de densifier la couche déposée en plus de participer au dépôt PEALD de cette couche. Le plasma 32B peut alors être qualifié de plasma de densification et de plasma de dépôt. Au contraire, lors des NApremiers cycles, les étapes 32A de plasma n’ont pas pour rôle de densifier la couche déposée. Le plasma 32A peut alors être qualifié de plasma de dépôt mais pas de plasma de densification. Si le nombre total de cycles est égal à NA+NB, NAet NBétant des entiers non nuls, de préférence, NB≤ 10 et de préférence NB≤ 3, de préférence NB= 1.
Naturellement, les cycles 1A et 1B sont de préférence effectués dans le même réacteur. De préférence, le cycle 1B est réalisé directement après le cycle 1A, de préférence dans la continuité du cycle 1A, avec pour seul changement, l’application de la polarisation.
Naturellement, les cycles 1A et 1B sont de préférence effectués dans le même réacteur. De préférence, le cycle 1B est réalisé directement après le cycle 1A, de préférence dans la continuité du cycle 1A, avec pour seul changement, l’application de la polarisation.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une alternance de cycles 1A de dépôt sans polarisation et de cycles 1B de dépôt avec polarisation. De préférence, pour chaque séquence, le nombre NBde cycle de dépôt avec polarisation est égal à 1.
Mode de réalisation illustré en figure 9
Un troisième exemple de procédé selon l’invention va maintenant être décrit en référence à la figure 9. La figure 9 illustre, de manière schématique, les principales étapes de ce mode de réalisation. Ce procédé diffère de celui du mode de réalisation illustré en figures 5 et 6 principalement par le fait que la densification sélective de la couche 200 est réalisée uniquement à l’issue des cycles PEALD.
Plus précisément :
- au cours de chacun des cycles 1 PEALD, le plasma 32 est formé sans appliquer de polarisation (Vbias = 0). On peut ainsi qualifier le plasma 32 de plasma de dépôt. Ce plasma ne permet pas de densifier la couche 200 déposée. Cette couche déposée présente donc une qualité dégradée, du fait de la température de dépôt Tcycleprise en dessous de la fenêtre FTnominale.
- à l’issue des cycles 1 PEALD, on expose la surface de la couche 200 déposée à un bombardement ionique généré par un plasma 60. On applique une polarisation à ce plasma 60, de sorte à générer un flux d’ions selon une direction privilégiée. Cette direction privilégiée permet d’exposer certaines régions 210, 211, 212 de la couche à un bombardement ionique sans pour autant que ce bombardement ionique atteigne les surfaces 220. Cette exposition à l’aide d’un plasma 60 avec polarisation permet de densifier les régions exposées. Ce plasma 60 peut ainsi être qualifié de plasma de densification.
- au cours de chacun des cycles 1 PEALD, le plasma 32 est formé sans appliquer de polarisation (Vbias = 0). On peut ainsi qualifier le plasma 32 de plasma de dépôt. Ce plasma ne permet pas de densifier la couche 200 déposée. Cette couche déposée présente donc une qualité dégradée, du fait de la température de dépôt Tcycleprise en dessous de la fenêtre FTnominale.
- à l’issue des cycles 1 PEALD, on expose la surface de la couche 200 déposée à un bombardement ionique généré par un plasma 60. On applique une polarisation à ce plasma 60, de sorte à générer un flux d’ions selon une direction privilégiée. Cette direction privilégiée permet d’exposer certaines régions 210, 211, 212 de la couche à un bombardement ionique sans pour autant que ce bombardement ionique atteigne les surfaces 220. Cette exposition à l’aide d’un plasma 60 avec polarisation permet de densifier les régions exposées. Ce plasma 60 peut ainsi être qualifié de plasma de densification.
Selon un mode de réalisation, ce plasma 60 de densification peut être réalisé en une seule exposition.
Ainsi, seule la portion superficielle des surfaces exposées au flux 33 est densifiée. Cette portion superficielle vient ainsi protéger la couche 200 dans les régions 210, 211, 212 seulement et laisse à découvert les autres régions 220 de la couche 200. Cette portion superficielle suffit à empêcher la gravure des régions 210, 211, 212. Les régions 220 non protégées sont quant à elles retirées lors de la gravure.
Le plasma de densification 60 peut être un plasma à base par exemple d’argon (Ar), de dioxygène (O2) ou de diazote (N2).
L’étape plasma de densification 60 est de préférence effectuée à basse pression pour une densification anisotrope. De préférence, la pression est inférieure à 80 mTorr. Selon un exemple particulièrement avantageux, cette pression est de 10 mTorr. La puissance de polarisation est comprise entre 10 W et 120 W, en fonction des conditions précédentes, et du matériau déposé. Cette densification se fera de préférence in situ, c’est-à-dire dans le réacteur ayant servi aux cycles 1 PEALD. De préférence, cette étape de densification est effectuée immédiatement après la séquence de PEALD. Alternativement, cette étape de densification par plasma peut également être réalisée ex-situ, c’est-à-dire après avoir retiré la structure 100 du réacteur ayant servi la séquence de PEALD.
Par rapport aux modes de réalisation précédents, ce mode de réalisation présente pour avantage de ne pas endommager le substrat 100 par le bombardement ionique. Cette route peut également faciliter l’accroche du matériau déposé sur le substrat, en raison de la faible quantité de précurseur adsorbé dans les premiers cycles, conduisant à la faible densité du matériau.
En outre, ce mode de réalisation présente pour avantage de pouvoir être mis en œuvre dans un réacteur autre que celui ayant servi aux cycles 1A de dépôt PEALD sans polarisation. On peut donc mettre en œuvre ce mode de réalisation lorsque le réacteur PEALD ne permet pas l’application d‘une polarisation. Ce mode de réalisation impose donc moins de contraintes sur les équipements nécessaires.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Les paragraphes qui suivent visent à décrire des variantes. Les caractéristiques des variantes proposées ci-dessous sont applicables et combinables à chacun des exemples mentionnés précédemment.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, les surfaces exposées au plasma avec polarisation (plasma de densification) sont horizontales et perpendiculaire à la direction privilégiée du flux 33 d’ions. On peut néanmoins parfaitement prévoir que l’angle entre la direction privilégiée du flux 33 d’ions et les surfaces exposées ne soit pas un angle à 90 degrés. Tel est par exemple le cas du mode de réalisation illustré en figure 10. Sur cette figure, la structure 100 est inclinée d’un angle α par rapport à la direction horizontale. Cet angle peut être obtenu en inclinant le porte-échantillon de la structure 100. Comme cela apparaît sur cette figure 10, il suffit que la forme des reliefs de la structure 100, c’est-à-dire la dimension et les inclinaisons des surfaces 110, 120 ainsi que la direction du flux 33 d’ions permettent :
- que des premières surfaces 110 soient atteintes par le flux d’ions,
- que des deuxièmes surfaces 120 ne pas soient atteintes par le flux d’ions. Ces deuxièmes surfaces 120 peuvent par exemple être ombrées par les premières surfaces 110.
- que des premières surfaces 110 soient atteintes par le flux d’ions,
- que des deuxièmes surfaces 120 ne pas soient atteintes par le flux d’ions. Ces deuxièmes surfaces 120 peuvent par exemple être ombrées par les premières surfaces 110.
Ainsi, l’invention permet parfaitement de déposer sélectivement une couche 200 sur des premières surfaces 110 en laissant libre des deuxièmes surfaces 120 qui ne forment pas un angle droit avec les premières surfaces 110.
Les premières surfaces 110 de la structure 100, c’est-à-dire celles qui sont en regard du flux d’ions lors du plasma de densification peuvent présenter la même inclinaison, comme illustré sur les figures 6 et 8. L’invention s’étend néanmoins à une structure 100 dans laquelle les premières surfaces 110 présentent au moins deux inclinaisons différentes. Par exemple, certaines premières surfaces 110 forment un angle φ1 avec la face arrière 102 de la structure 100 et d’autres premières surfaces 110 forme un angle φ2 avec cette même arrière 102. De même, les deuxièmes surfaces 120 peuvent également présenter au moins deux inclinaisons.
Les premières surfaces 110 et les deuxièmes surfaces 120 de la structure 100, peuvent être sensiblement planes comme illustré sur les figures 6 et 8. L’invention s’étend néanmoins à une structure 100 dans laquelle ces premières 110 et/ou ces deuxièmes 120 surfaces ne sont pas planes.
Dans les exemples décrits ci-dessus la structure est un substrat 100 dont la structuration est formée par des rainures 101 ou des tranchées dont les flancs 120 forment des angles droits avec les sommets 111 et les fonds 112 des rainures 101. Tous les exemples, caractéristiques, étapes et avantages techniques mentionnés ci-dessus sont parfaitement applicables et combinables à un substrat présentant d’autres types de motifs. Il peut par exemple s’agir de rainures 101 dont les flancs 120 ne forment pas un angle droit avec les sommets 111 et les fonds 112 des rainures 101. Par ailleurs, il peut s’agir d’autres formes qui peuvent être très variées : des plots, des trous, des motifs en marche d’escalier etc.
Par ailleurs, dans les exemples décrits ci-dessus, la structuration du substrat est répartie sur toute la face avant du substrat. Néanmoins, tous les exemples, caractéristiques, étapes et avantages techniques mentionnés ci-dessus en référence à une structure formant un substrat sont applicables à une structure ne formant pas un substrat ou une couche mais formant une structure ponctuelle, par exemple un relief en trois dimensions. La structure peut être une nanostructure ou comprendre une pluralité de nanostructures.
Par ailleurs, dans les exemples décrits ci-dessus, la structuration du substrat est portée par le substrat. Cette structuration peut parfaitement être portée ou formée par une couche portée par le substrat.
Claims (17)
- Procédé de réalisation d’une couche recouvrant des premières surfaces (110) d’une face avant (101) d’une structure (100) et laissant à découvert des deuxièmes surfaces (120) de cette face avant (101), les premières surfaces (110) et les deuxièmes surfaces (120) présentant des inclinaisons différentes, le procédé comprenant au moins:
- une séquence de formation d’une couche initiale (200) par dépôt par couche atomique assisté par plasma (PEALD) sur la face avant (101) de la structure (100), la séquence comportant une pluralité de cycles (1), chaque cycle (1) comprenant au moins:
- une injection (10) d’un premier précurseur dans une chambre de réaction d’un réacteur contenant la structure (100),
- une injection (30) d’un deuxième précurseur dans la chambre de réaction et la formation dans la chambre de réaction d’un plasma, dit plasma de dépôt (32, 32A, 32B), de sorte à former à chaque cycle (1), sur lesdites premières (110) et deuxièmes (120) surfaces de la structure (100), un film formant une portion de ladite couche initiale (200),
- les cycles sont effectués à une température Tcycletelle que Tcycle≤(Tmin– 20°C), Tminétant la température minimale d’une fenêtre nominale (FT) de températures pour un dépôt PEALD à partir des premier et deuxième précurseurs, la fenêtre nominale (FT) étant telle qu’en faisant varier les températures de dépôt PEALD, en prenant ces températures de dépôt PEALD, dans la fenêtre nominale, l’épaisseur du film déposé à chaque cycle PEALD reste constante,
- le procédé comprend au moins une étape d’exposition de la couche initiale (200), formée ou en cours de formation par PEALD, à un plasma, dit plasma de densification (32, 32B, 60), au cours de laquelle on applique à la structure (100) une polarisation non nulle de sorte à donner une direction privilégiée à un flux (33) d’ions générés par le plasma de densification (32, 32B, 60), cette direction privilégiée étant orientée pour qu’au moins une portion superficielle de la couche initiale (200), déposée ou en cours de formation par PEALD, présente:
- des premières régions (210, 210A), recouvrant les premières surfaces (110) de la structure (100) et qui sont exposées au flux (33) d’ions du plasma de densification (32, 32B, 60),
- des deuxièmes régions (220), recouvrant les deuxièmes surfaces (120) de la structure (100) et qui ne sont pas exposées au flux (33) d’ions du plasma de densification,
- le plasma de densification (32, 32B, 60), tout au moins la polarisation, étant configuré de sorte que l’exposition au flux (33) d’ions du plasma de densification (32, 32B, 60) rend le matériau des premières régions (210, 210A) plus résistant à la gravure que le matériau des deuxièmes régions (220),
- le procédé comprend également, à l’issue de l’au moins une étape d’exposition au plasma de densification (32, 32B, 60) de la couche initiale (200), formée ou en cours de formation par PEALD, au moins une étape de gravure sélective des deuxièmes régions (220) vis-à-vis des premières régions (210, 210) de sorte à ce qu’après gravure, la couche initiale (200) recouvre les premières surfaces (110) de la face avant (101) de la structure (100) en laissant à découvert les deuxièmes surfaces (120).
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’étape d’exposition de la couche initiale (200) au plasma de densification (32) est effectuée à chaque cycle (1) de la séquence de formation de la couche initiale (200) par PEALD, le plasma de dépôt (32) étant le plasma de densification (32).
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une étape d’exposition de la couche initiale (200) au plasma de densification (32) est effectuée uniquement lors des NBderniers cycles (1B) de la séquence de formation de la couche initiale (200) par PEALD, lors de ces NBderniers cycles (1B) le plasma de dépôt étant le plasma de densification (32B), le nombre total de cycles de la séquence étant égal à NA+NB, NAet NBétant des entiers non nuls.
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel NB=1.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une étape d’exposition de la couche initiale (200) au plasma de densification (60) est effectuée uniquement après la séquence de formation de la couche initiale (200) par PEALD.
- Procédé selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, comprenant une pluralité de séquences, chaque séquence comprenant NBétapes d’exposition de la couche initiale (200) au plasma de densification (32), NBétant un entier non nul.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les cycles sont effectués à une température Tcycletelle que : Tcycle≤(Tmin– 50°C).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel Tcycle≤(Tmin– 100°C).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel Tcycleest supérieure ou égale à la température ambiante.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de la formation du plasma de densification (32, 32B, 60), la pression est inférieure ou égale à 80 mTorr et de préférence d’environ 10 mTorr.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la polarisation est appliquée avec une puissance de polarisation Pbias inférieure ou égale à 150 Watts et avec de préférence Pbias comprise entre 10 Watts et 120 W.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premières régions (210) exposées au plasma de densification (32, 32B, 60) et les deuxièmes régions (220) non exposées au plasma de densification (32, 32B, 60) diffèrent par au moins l’un des paramètres suivants : une densité du film et un taux d’impuretés.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche initiale (200) est faite ou est à base d’un nitrure ou d’un oxyde obtenu à partir de précurseurs organométalliques, organosiliciés, ou halogénés.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier précurseur comprend l’un des matériaux suivants : aluminium (Al), titane (Ti), tantale (Ta), silicium (Si),hafnium (Hf), zirconium (Zr), Cuivre (Cu), Ruthénium (Ru), Lanthane (La), Yttrium (Y).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins certaines des premières (110) et deuxièmes (120) surfaces forment entre elles un angle droit.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins certaines des premières (110) et deuxièmes (120) surfaces ne forment pas entre elles un angle droit et dans lequel une face arrière (102) de la structure (100) s’étend dans un plan, la perpendiculaire à ce plan étant inclinée, de préférence de plus de 10°, par rapport à la direction privilégiée du flux (33) d’ions.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre total N de cycles (1, 1A, 1B) de ladite séquence est de préférence supérieur ou égal à 15 et de préférence supérieur ou égal à 20.
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